Versorger profitiert von Zustandsüberwachung, Steuerungssystem-Upgrade

In diesem Jahr Die Vereinigten Staaten werden etwa 3,3 Terawatt verbrauchen – etwas mehr als 20 Prozent des weltweit verbrauchten Stroms, so die Internationale Energieagentur (IEA). Der weltweite Stromverbrauch steigt und könnte sich laut IEA-Prognosen aufgrund des weltweiten Bevölkerungswachstums und des verbesserten Lebensstandards in den Entwicklungsländern bis 2050 verdoppeln. Da der Stromverbrauch weiter steigt und die Stromnetze an ihre Grenzen stoßen, suchen Versorgungsunternehmen nach zusätzlichen Möglichkeiten der Stromerzeugung, um sicherzustellen, dass sie die Nachfrage angemessen decken können.

Für einen großen südlichen Energieversorger, der Strom für Rund 600.000 Einzel- und Großhandelskunden trägt eine Überprüfung der bisher angewandten Techniken dazu bei, die Stromerzeugung jetzt und in den kommenden Jahren zu verbessern.

Das Versorgungsunternehmen entstaubte eine Flotte ungenutzter Gasturbinentriebwerke und wollte sie modernisieren zur Erzeugung von Notstrom während der Spitzenzeiten des Energieverbrauchs. Mit dem Austausch der alternden Steuerungssysteme an den Motoren wurde HPI LLC beauftragt, ein Projektentwickler, der sich auf Nachrüstungssteuerungen für die Stromerzeugung von Gas- und Dampfturbinen, Kompressoren und mechanische Antriebssysteme spezialisiert hat. HPI mit Hauptsitz in Houston öffnete 2002 seine Pforten und hat seitdem mehr als 70 verschiedene Gasturbinenmodelle für mehr als 20 Hersteller fertiggestellt. Das Unternehmen entwickelt, montiert, testet und verpackt Ersatzsysteme mit hochgeschwindigkeitsfähigen, hochmodernen, speicherprogrammierbaren Steuerungen.

Eine ControlLogix-Steuerung und XM-Module bieten Zuverlässigkeit und verbesserte Turbinensteuerung.

Herausforderung
Als der Kunde beschloss, vier General Electric MS5001 (Frame 5) Turbogeneratorpakete zu aktualisieren, wollte er die Motoren so schnell wie möglich online stellen. Haupthindernis war die veraltete Steuerung der Motoren.

Neben veralteter Steuerungstechnik und alternder Verkabelung benötigte die bestehende Steuerung dringend eine aktualisierte Zustandsüberwachung und einen Schwingungsschutz. Der Controller für ein Gasturbinentriebwerk stellt sicher, dass die Turbine bei Bedarf startet und stoppt, während die Zustandsüberwachungs- und Schutzsysteme dem Motor helfen, sicher und effizient zu laufen.

Ausfall entweder des Controllers oder des Schutzes System an einer Gasturbine ist eine kostspielige und gefährliche Angelegenheit. Das vorhandene Vibrationsschutzsystem des Versorgungsunternehmens bestand aus einer Kombination aus dem General Electric Speedtronic-System und einem Bently Nevada 3300 Vibrations- und Überwachungssystem. Um die Kosten zu senken, wollte der Kunde die bestehenden General Electric Vibrationssonden beibehalten, aber da das Bently Vibrations- und Überwachungssystem nicht direkt mit den bestehenden Sonden verbunden war, musste HPI nach anderen Lösungen suchen.

Neben dem Zustandsüberwachungs- und Schwingungssystem musste HPI eine weitere kritische Schutzschaltung aktualisieren – das Überdrehzahlschutzsystem. Bei Nachrüstungen verfügen die Kunden von HPI in der Regel über ein veraltetes oder hydraulisches Überdrehzahlschutzsystem, was die Prüfung und Wartung des Systems erschwert. Dies war bei dem Versorgungsprojekt Southern der Fall, und HPI benötigte ein zuverlässiges und einfach zu wartendes Ersatzsystem.

„Wenn der Überdrehzahlschutz ausfallen sollte, würde höchstwahrscheinlich die gesamte Einheit zerstört, “ sagte Stellmacher. „Für einen Kunden wie diesen würde das Millionen von Dollar bedeuten, um ein neues Gerät zu kaufen und Monate, wenn nicht sogar ein ganzes Jahr, um wieder betriebsbereit zu sein.“

Lösungen
HPI lieferte ein standardisiertes digitales Steuerungssystem für Versorgungsunternehmen, das verbesserte Zuverlässigkeit, verbesserte Turbinensteuerungs- und Diagnoseinformationen sowie Fernstartfähigkeiten bietet.

Der Erfolg des neuen Systems beruht auf der Verwendung ergänzender Steuerungs-, Netzwerk- und Visualisierungstechnologien – Kernstück der integrierten Architektur von Rockwell Automation. Das für die nahtlose Unternehmensintegration konzipierte Produktionssteuerungs- und Informationssystem Integrated Architecture besteht aus der Logix Control Platform und der FactoryTalk Integrated Production and Performance Suite.

Nutzung des Allen-Bradley ControlLogix Programmable Automation Controller (PAC) , ControlNet- und EtherNet/IP-Netzwerken und der Software FactoryTalk View SE Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) verfügt der Kunde über ein zusammenhängendes Turbinensteuerungssystem. Dies führt zu eng koordinierten Aktivitäten und einem verbesserten Informationsaustausch.

HPI entschied sich für ControlLogix aufgrund seiner Fähigkeit, die gesamte Palette der Automatisierungsdisziplinen zu integrieren, einschließlich diskreter, Bewegungs-, Prozesssteuerung, Batch-, Antriebssysteme und Sicherheit mithilfe von a Einzelentwicklungsumgebung und ein einziges, offenes Kommunikationsprotokoll.

„Früher kauften wir separate Steuerungen und verdrahteten sie miteinander, aber die Logix-Steuerung von Rockwell Automation ermöglicht es uns, schlüsselfertige Lösungen anzubieten, die über das reine Gas hinausgehen Turbinensteuerung“, sagte Jerry Wheelwright, Vice President of Engineering, HPI.

Ein weiterer wichtiger Vorteil des Ersatzes für den Kunden war das Netzwerkschema und die Visualisierungslösung. HPI vernetzte Allen-Bradley FLEX I/O-Module mit Kupfer- und Glasfaser-ControlNet- und EtherNet/IP-Netzwerkkommunikation unter Verwendung von 1756-ENTB-Modulen und 1756-CNB-Modulen. Unter Verwendung dieses Netzwerkschemas bauten sie einen dezentralen, schalttafelmontierten PAC, der digitale, analoge und temperaturüberwachende FLEX-E/A-Module umfasst. Um die erforderliche Verkabelung vor Ort zu reduzieren, wurden alle Klemmen, Sicherungen, Relais und Kabelkanäle in Unterschalttafeln vorinstalliert.

Der Kunde nutzte sowohl ControlNet- als auch EtherNet/IP-Netzwerke und nutzte die Vorteile der nativen Kommunikation von ControlLogix über eine branchenübliche Netzwerktopologie. EtherNet/IP erweitert kommerzielles Standard-Ethernet um ein offenes, industrielles Protokoll für Automatisierungszwecke – das gleiche Protokoll, das im ControlNet-Netzwerk verwendet wird.

Das informationsgestützte Steuerungssystem ermöglicht dem Kunden den Betrieb das System, das von einer ControlLogix-Steuerung von einem fünf Meilen entfernten Standort von der physischen Turbine aus gesteuert wird.

„Die Möglichkeit, die Turbinen zu jeder Tageszeit von einem entfernten Standort aus zu überwachen und zu steuern, ist a großen Vorteil für diesen Kunden“, sagte Wheelwright. „Der Versorger kann Gasturbinen im ganzen Staat verteilen und die Steuerung durch größere Dampfturbinenanlagen führen, die 24 Stunden am Tag besetzt sind, sodass sie nicht jeden einzelnen Standort besetzen müssen.“

Weil HPI nutzte die Logix-Steuerungsplattform, um die Bedienfelder zu standardisieren, und die Integration der Module der XM-Serie von Rockwell Automation für die Zustandsüberwachung war eine natürliche Ergänzung. HPI hat zum Vibrationsschutz das dynamische Messmodul XM-120 eingesetzt. Das XM-120-Modul ist ein intelligenter Zweikanal-Universalmonitor, der es dem Kunden ermöglicht, seine vorhandenen Vibrationssonden zu verwenden.

HPI verwendete zwei Module an jeder der vier Turbinen. Das Modul unterstützt die Überwachung von Wellen-, Gehäuse- oder Sockelschwingungen in rotierenden Anlagen wie Turbinen, bei denen Zustandsüberwachung oder -schutz in Echtzeit erforderlich ist. Das XM-120-Modul ist über ControlNet-zu-DeviceNet-Schnittstellenmodule mit der Ausrüstung verbunden.

Der Austausch des Überdrehzahlschutzsystems wurde ebenfalls mit der Logix-Steuerungsplattform vereinfacht. HPI ersetzte das veraltete Überdrehzahlschutzsystem durch das XM-220 Dual-Speed-Modul. Das XM-220-Modul ist ein intelligentes Zweikanal-Messmodul, das Eingaben von zwei Tachometern akzeptiert. Das Modul misst Drehzahl, Rotorbeschleunigung und Spitzendrehzahl und ist in der Lage, Nulldrehzahl, blockierten Rotor und Rückwärtsdrehung zu erkennen.

Als branchenweit erstes Maschinenüberwachungs- und Schutzsystem, das Wartungswerkzeuge erfolgreich in die Steuerungsarchitektur kann das XM-220-Modul auf einem offenen Standard-Industriebus eingesetzt werden, was eine kontinuierliche, kosteneffiziente Überwachung und den Schutz kritischer Anlagen ermöglicht.

Ergebnisse
Das Ersatzsteuerungssystem von HPI lieferte die Kunden mit konsistenter, wiederholbarer und zuverlässiger Leistung. Bei den Turbinen des Versorgungsunternehmens ist seit dem Steuerungsupgrade kein Startfehler aufgetreten. HPI war so zufrieden mit der Flexibilität der XM-Serie, der einfachen Konfiguration und der Möglichkeit zu sehen, dass die Schutzschaltungen funktionieren, dass das Unternehmen beschlossen hat, die Ausrüstung für zukünftige Upgrades zu standardisieren.

„Wir hat sich aus zwei Gründen für die XM-Serie entschieden“, sagte Wheelwright. „Eine war die Verfügbarkeit. Es war im Regal, als wir es brauchten. Der zweite Grund war seine Fähigkeit, sich mit anderen Tastköpfen und dem Rest des Systems zu verbinden.“

Aufgrund der Einfachheit der Logix-Steuerungsplattform kann HPI modulare Subpanels bauen oder einen völlig neuen Schaltschrank bauen, der die Anforderungen erfüllt den spezifischen Platzbedarf einer Anlage.

HPI bietet 24-Stunden-Service und technische Unterstützung. Durch die Verwendung der ControlLogix-Plattform und von Allen-Bradley-Produkten können seine Kunden die benötigte Hardware an jedem Rockwell Automation-Distributorstandort auf der ganzen Welt beziehen. Kunden können die Hardware dann selbst installieren. Von seinem Hauptsitz in Houston aus versendet HPI die Software-Patches per E-Mail, arbeitet an den Steuerungssystemen und stellt sicher, dass das I/O-Modell integriert ist.